8 октября 2025 года Шведская королевская академия наук объявила о присуждении Нобелевской премии по химии за 2025 год Сусуми Китагаве (Susumu Kitagawa), Ричарду Робсону (Richard Robson) и Омару Ягхи (Omar M. Yaghi) за открытия в области металл-органических каркасов (MOF). Это почти как домики для молекул — чрезвычайно пористые атомарно-молекулярные конструкции, внутри которых очень много пустого пространства, которое никогда не будет лишним.
Источник изображений: The Royal Swedish Academy of Sciences
Как сообщает CNN, организаторы награждения сравнили открытие металл-органических каркасов с сумочкой Гермионы Грейнджер из цикла романов Джоан Роулинг о Гарри Поттере, на которую было наложено заклинание Невидимого Расширения. Самая первая структура MOF напоминала строение кристаллической решётки алмаза, только в ней атомы соединялись не напрямую, а посредством органических молекул, играющих роль связей между ионами меди (такие связи называются лигандами). Такой «монтаж» далеко раздвинул атомы, образовав обширные полости между ними.
Открытие сделал Ричард Робсон в 1989 году, когда попробовал по-новому использовать присущие атомам свойства. Он соединил положительно заряженные ионы меди с четырёхлучевой молекулой, на конце каждого «луча» которой была химическая группа, притягивающаяся к ионам меди. Когда ионы и молекулы соединились, то образовали упорядоченный, просторный кристалл. Он был похож на алмаз, наполненный бесчисленными полостями.
В 1997 году японский химик Сусуми Китагава из Киотского университета показал, что металл-органические каркасы можно использовать для абсорбции газов — почти как в случае «бесконечной сумочки» Гермионы. Он синтезировал каркас на основе кобальта, на примере которого продемонстрировал поглощение углекислого газа, азота и кислорода. К сегодняшнему дню химики из множества стран создали MOF, способные поглощать полезные и вредные вещества, как для хранения, так и для извлечения из окружающей среды, например, когда дело касается абсорбции токсичных веществ из воды, воздуха или земли.
На поверку каркасы Робсона и Китагавы оказались нестабильными и особенно при нагревании. Это поправил третий лауреат — Омар Ягхи из Калифорнийского университета в Беркли. В 1995 году он синтезировал каркас на основе кобальта, который сохранял структуру при нагревании до 350 °C. Тем самым было доказано, что металл-органические каркасы могут оставаться устойчивыми даже без заполнения пустот атомами или молекулами.
На волне успеха Ягхи синтезировал множество каркасов, включая MOF-5 на основе цинка. Это соединение учёный использовал для хранения водорода. В 2019 году Ягхи провел наглядный эксперимент в пустыне Мохаве: созданный им каркас MOF-303 в расчёте на килограмм своего веса смог впитывать из воздуха до 0,7 литра воды в день.
«Металлоорганические каркасные структуры обладают огромным потенциалом и открывают ранее не существовавшие возможности для создания материалов с новыми функциями», — высказался Хайнер Линке, председатель Нобелевского комитета по химии.
Некоторые из новых каркасов могут способствовать решению ряда из величайших проблем человечества, включая абсорбцию токсичных веществ из воды, поглощение следов фармацевтических препаратов в окружающей среде, улавливание углекислого газа или сбор воды из воздуха пустыни.